量子點技術及其在生物醫學檢驗中的應用

湯陌生

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量子點技術及其在生物醫學檢驗中的應用

湯陌生①

[摘要]目前，量子點技術在生物醫學中取得了廣泛的應用，由于其具有獨特的光譜特性和很好的光化學穩定性，逐漸成為生物醫學檢驗領域中一種重要方式。早在20世紀70年代末，科學家已對量子點技術進行了深入的研究，其優勢逐漸顯現，20世紀的末期被應用到生物學領域。至此之后，量子點技術在生物醫學中的應用受到關注和重視，在生物醫學的多個領域有了突破性的進展，并具有廣闊的前景。

[關鍵詞]量子點技術；生物醫學；檢驗；應用

①麗水市人民醫院醫學工程部 浙江 麗水 323000

湯陌生,男,(1983-),碩士，工程師。麗水市人民醫院醫學工程部，從事醫療設備維修與管理工作。

[First-author’s address]Lishui People’s Hosptial,Biomedical Engineering Department,Lishui 323000,China.

在生物醫學檢驗過程中，檢驗標志物的發光強度以及穩定性等因素都會對檢驗結果造成一定的影響。同位素和普通熒光物質都是傳統的檢驗標志物，但是其缺陷也比較明顯，前者會導致放射性污染，后者的穩定性較差，因而受限用于生物醫學的檢驗中[1]。在對量子點技術不斷研究的過程中，量子點有著其獨特的優勢，其發光強度和穩定性都非常好，逐漸被作為檢驗標志物應用到生物醫學中。

1　量子點技術的基本概述

量子點是指可以加工成為粒徑是納米級的一類半導體納米晶體，是由多種元素組成，量子點的內核主要影響的是其光學特征，而外殼則影響的是其水溶性、標記能力以及穩定性[2-3]。綜合而言，量子點的特點主要體現在6個方面：①量子點的粒徑是影響其光學特性的重要因素，一般來說，量子點的粒徑越小，其所能夠吸收的能量就越大，因而產生的光波相對而言就比較短；②量子點的激光波長的范圍比較廣，同一波長光所激發出的量子點在粒徑上有著一定的區別，所產生的熒光的顏色也不盡相同；③粒徑相同的量子點所發射出的熒光峰是對稱的，而粒徑不同的量子點所發射出的光譜很少會出現重合的情況，這樣就可以有效的提高檢驗的靈敏度；④量子點的粒子構成結構并不會影響其光學特征，而是通過改變粒徑的大小來產生不同波長的熒光；⑤量子點基于其熒光強和穩定性好的特點，能夠多次激發，這樣使得在檢驗過程中降低對生物大分子生物活性的損傷，為研究提出更好的基礎；⑥對于剛剛合成的量子點而言，是不能夠用于標記的，主要是因為其表面會攜帶疏水性分子，因而需進行處理之后才能夠用于檢驗中[4-7]。

隨著量子點技術的不斷深入，量子點技術已經逐漸替代了醫學檢驗熒光標記技術。有研究表明，粒徑的改變可以產生不同的顏色的量子點，而這些量子點按照不同比例混合以后能夠產生更多的量子點，然后可以標記不同的抗體，這樣就可以對標本中的多種抗原進行檢測[8]。由此可見，將量子點技術應用到生物醫學檢驗中有著明顯的優勢。在量子點技術的應用過程中，制備量子點是項非常重要的工作，現階段制備量子點的方式比較多，其中有機相合成法以及水熱合成法是較為常用的兩種方法。近年來，有機相合成法在經過一定的改良后，制備量子點的質量有了很大程度的提高，而水熱合成法雖然操作簡單且成本低，但是運用這種方式制備量子點的熒光產率比較低[9-10]。

2　量子點技術應用的基本要求

將量子點應用于標記生物分子，對其水溶性、穩定性等都有著很高的要求，同時還需要其能夠和生物分子相結合。滿足標記生物分子的相關要求，需要對量子點進行表面修飾，主要有4種修飾方法：①改性法，這種方法下需要將疏基羧酸作為修飾劑，運用該方法可以改善量子點的水溶性，但是由此產生的量子點的數量較少；②量子點的表面直接吸附雙功能基團配體的方法，采用這種方式所產生的量子點的保存期限比較長，其產率相較而言也比較高；③水相萃取法，需要結合使用穩定劑，這種方法操作起來十分簡單，并且時間短，產生的量子點的數量也比較高，是現階段最為常用的量子點表面修飾方式；④競爭法，此種方法下，量子點的存放時間比較短[11-13]。在完成表面修飾以后，就可以將量子點應用于標記生物分子，而標記的方法的種類也非常多，主要是靜電吸引法以及共價偶聯法。采用合適的標記方法不僅可以減少對抗體的損害，同時還能提高檢測的靈敏度[14]。通過多項試驗證明，將量子點技術應用在生物醫學檢驗中有著重要的作用。

3　量子點技術在生物醫學檢驗中的應用

在生物醫學檢驗中，主要包括檢驗技術學和檢驗診斷學。其中，檢驗技術學主要要求是結果的準確度和靈敏度，而檢驗診斷學的主要目的是尋找所需要的指標。因而，這兩種不同的領域對檢驗的要求也有著一定的區別[15]。量子點技術在生物醫學檢驗中的應用使得檢驗診斷水平有了飛速的發展。

3.1在檢驗技術學中應用量子點技術

量子點技術在檢驗技術學中的應用實現了很大的超越，主要體現在將量子點作為示蹤標志物標記生物分子，可以用來對抗原、抗體等進行檢測。如果將量子點標記在特異性的抗體中，可以用來制備量子點探針，以此來對蛋白質進行定性或者是定量檢測[16]。量子點技術在檢驗技術學中的應用非常廣泛，不僅可能推進檢驗技術學的發展，同時也保證了檢測結果的正確性。隨著量子點技術逐漸替代傳統的檢測方式，檢驗技術學實現了檢驗方式的創新。

3.2在檢驗診斷領域應用量子點技術

(1)微生物診斷。通常微生物在體外的培養是比較困難的，并且生長速度非常慢。因而，在微生物的診斷過程中對速度和靈敏度有著很高的要求，是微生物檢驗中的難點。量子點技術在微生物診斷中的應用可以在很大程度上滿足其診斷要求，臨床實驗驗證量子點技術可以在20 min內完成對大腸桿菌數量的檢測，表明其檢驗速度非常迅速[17]。將量子點作為熒光標志物對大腸桿菌進行檢測，應用免疫磁珠分離技術時，免疫磁珠表面量子點的熒光強度和大腸桿菌的含量成正比。除此之外，量子點技術還可以應用在病毒檢驗中，病毒一般是寄存在活細胞體內，并且其體積非常小，用一般的顯微鏡也是很難觀察到的。而量子點具有很強的靈敏度，將其標記于病毒的抗體中，就可以對病毒的特征以及分布情況進行觀察[18]。

(2)免疫學診斷。很多激素、炎性因子等多肽分子都屬于抗原，其中一部分抗原是人體自然產生的，在疾病的診治過程中對抗原進行檢測對提高治療效果有著重要的作用。微生物菌體以及病毒體也是屬于抗原，但不同的是并不是人體自然產生的，因而只要在檢測的過程中在人體樣品中檢測出這種類型的抗原，表明人體受到了一定程度的感染。同時，微生物在進入人體后，人體會產生相應的抗體，在檢測過程中檢測出抗體就可以確定感染機體的微生物類型，為治療提供有效依據[19]。將量子點取代酶分子建立量子點鏈接的免疫吸附分析，首先將單克隆抗體固定在ELISA板微孔底部進行封閉，隨后加入待測抗原孵育，在洗滌之后加入量子點標記的二抗再孵育，采用熒光光度計對量子點的熒光強度進行檢測，其強度和待測抗原成正比[20]。這項技術不僅可以對血清前列腺特異性抗原以及丙肝病毒進行檢測，還能將其應用到腫瘤的診治過程的監測中?，F階段量子點技術在免疫學診斷中已成功應用，并經逐步擴展應用項目。

(3)DNA和蛋白質檢測。在基因診斷中，可將量子點標記在寡核苷酸片段中，聯合運用現代化光電技術對DNA和蛋白質進行診斷和分析。有實驗證明，采用量子點技術對基因進行檢測，其靈敏度相比傳統檢測方式高。如采用熒光免疫法標記細胞，然后用疏水的改良聚丙烯酸包被量子點，就使其能夠結合和標記細胞表面蛋白和細胞核內的蛋白質上[21]。采用這種方式進行標記所帶來的損害比較少，并且具有很高的特異性。但是，量子點技術同樣存在一定的問題：①量子點的粒徑較常規的熒光染料大，拉大了供體和受體之間的距離；②量子點所產生的熒光時間比較長，從而對背景造成了一定的干擾。這些是量子點技術在基因診斷應用中需要解決的問題。

4　量子點技術應用中存在的問題

雖然將量子點技術應用在生物醫學檢驗中會發揮很大的作用，但也存在著需要逐步解決的問題：①量子點在不同狀態之間的轉換會導致其出現熒光閃爍，因而會對單個量子點的檢測結果造成影響[22]；②隨著量子點的逐漸激發，其熒光的強度也會慢慢變強，影響定量檢測；③在定量檢測過程中對要求發光強度的穩定性，強度的變化會影響檢測結果的準確性，需要盡早解決此問題，保證定量檢測結果的穩定[23]；④由于量子點粒徑相對于常規的熒光染料大，應用范圍受到了一定的限制；⑤量子點在經過表面修飾以后，量子點的產率會有不同程度的下降，經表面修飾后很難確定量子點和生物分子結合的數量，定量檢測存在難度[24-25]；⑥在制備量子點的過程中，所用的某些材料會有一定毒性，量子點的安全性有待更為深入的研究。這些問題的解決將有助于充分發揮量子點技術的應用效果。

5　展望

量子點技術作為納米技術的重要組成部分，隨著近年來技術發展迅速、應用范圍不斷的擴大，研究結果也受到了更多人的關注和重視，應用前景非常廣闊，為生物醫學檢驗和生物醫學研究帶來了新的技術發展機遇。我國關于量子點技術的研究取得了一定的成果，但在生物醫學中的應用仍存在較多亟待解決的問題，需要各相關領域的研究者們共同協作加強對量子點技術的研究[26-28]。

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Quantum dot technology and its application in biomedical test

/TANG Mo-sheng//China Medical Equipment,2016,13(3):142-144.

[Abstract]Quantum dots technology in recent years has been widely used in biomedical applications,gradually become an important biomedical test because of its spectral characteristics and good photochemical stability.At the end of the last century seventy's,scientists have conducted in-depth research on quantum dots technology,its advantage has gradually been excavated,it can be said of quantum dots has a long research history.But until the late twentieth century was applied to the field of biology,since then,the application of quantum dots in biomedicine has attracted people's attention.In many fields of biomedicine,there is a breakthrough.This paper analyzed comprehensive for quantum dot technology and its application in biomedical test.

[Key words]Quantum dots technology;Biomedical;Inspection;Application

收稿日期：2015-09-09

作者簡介

DOI:10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.03.043

[文章編號]1672-8270(2016)03-0142-03

[中圖分類號]R318.03

[文獻標識碼]A